電感耦合等離子-質(zhì)譜法測定飼料中鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛

■黃建立 林 滉 陳凌鋒

（福建省糧油質(zhì)量監(jiān)測所，福建福州350012）

隨著飼料工業(yè)的快速發(fā)展，人們對飼料質(zhì)量安全關(guān)注度越來越高，而飼料中元素含量在飼料質(zhì)量中占據(jù)了重要的位置[1-2]。一類元素是動物維持正常生理機(jī)能所必需的物質(zhì)，如適量的鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、硒等元素，可以促進(jìn)動物生長、發(fā)育、免疫、生殖等正常生理功能[3]，但如果缺乏或者過量則會引起動物的健康問題[4-5]；另一類元素如砷、鎘和鉛，只要較低含量就會引起動物的中毒[6]，在國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 13078—2017飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[7]中對這些元素的限量做出了明確的規(guī)定。目前，國家標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用原子吸收火焰法測定鈉、鎂、錳、鐵、銅、鋅的含量[8]；應(yīng)用原子吸收石墨爐法測定鉻[9]、鎘[10]和鉛的含量[11]；應(yīng)用原子熒光法測定砷[12]和硒[13]的含量。但原子吸收和原子熒光線性范圍較窄，樣品溶液需要經(jīng)過多次稀釋才能上機(jī)分析，且各種元素需要逐項分析，耗時多，檢測速度慢，無法滿足大型飼料企業(yè)和飼料監(jiān)管部門對元素分析檢測需要，迫切需要開發(fā)一種準(zhǔn)確、簡便、快速的分析儀器應(yīng)用于飼料日常檢測之中。

電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）是20世紀(jì)80年代興起的元素儀器分析方法，能夠同時檢測物質(zhì)中的多種金屬元素和非金屬元素[14-19]，線性范圍寬，且方法的檢測限低，本試驗研究應(yīng)用ICP-MS法測定飼料中鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛11 元素的含量，為飼料質(zhì)量安全評估提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品

市售配合飼料。

1.2 儀器與試劑

儀器：7900 型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（美國Agilent公司）；Multiwave PRO 微波反應(yīng)系統(tǒng)（奧地利Auton Paar 公司）；超純水機(jī)（EVOQUA 公司）；AB204-S電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

試劑：硝酸（優(yōu)級純，Merch 公司）；含10 μg/ml多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液（27 元素）（美國Agilent 公司）；含10 μg/ml Li、Y、Ce、Tl、Co 的ICP-MS 調(diào)諧液（美國Agilent 公司）；含10 μg/ml Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi 的內(nèi)標(biāo)溶液（美國Agilent 公司）；實驗用水為超純水；高純氬氣（純度＞99.9%）；高純氦氣（純度＞99.9%）。

1.3 儀器工作條件

按照1.2 中的ICP-MS 調(diào)諧液對儀器條件進(jìn)行優(yōu)化，使儀器各項指標(biāo)達(dá)到測定要求，儀器參數(shù)見表1。

表1 ICP-MS工作參數(shù)

1.4 樣品處理

配合飼料樣品用粉碎機(jī)粉碎過40 目篩后，稱取0.1 g左右飼料樣品，置于微波消解罐中，加入5 ml硝酸，置于電熱板中110 ℃預(yù)消解30 min，冷卻后，置于微波消解儀中，按表2的消解程序設(shè)定微波消解升溫步驟進(jìn)行消解，消解結(jié)束，放氣后置于電熱板中110 ℃趕酸80 min 至1 ml 左右溶液，用超純水定容20 ml，搖勻，制備成樣品1號，從樣品1號中移取1 ml，用超純水定容20 ml，搖勻，制備成樣品2 號，同時做試劑空白試驗，備用。

表2 微波消解程序

1.5 系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

移取10 μg/ml 多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用3%的高純硝酸溶液配制鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛的質(zhì)量濃度為0、1、5、10、25、50、100、500、1 000 ng/ml的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法

試驗比較高溫灰化、濕法消解和微波消解等方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高溫灰化法會出現(xiàn)灰化不徹底或待測元素?fù)p失的現(xiàn)象；濕法消解法由于酸試劑用量大，導(dǎo)致溶液空白值高，同時存在消解時間長，操作復(fù)雜等問題。試驗選擇以加入體積分?jǐn)?shù)為5 ml 體積分?jǐn)?shù)為65%的硝酸為消解試劑，采用微波消解法處理飼料樣品，既可以消除硝酸量過多在質(zhì)譜分析時所產(chǎn)生的酸效應(yīng)，也可以防止硝酸量過少則樣品消解不完全現(xiàn)象，縮短消解時間，獲得呈無色或淡黃色透明狀溶液。

2.2 樣品溶液的稀釋方法

試驗方法所需測定的11 種元素在飼料樣品中的含量差異很大，不能在同一稀釋倍數(shù)下進(jìn)行測定。通過前期試驗優(yōu)化，配合本方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，確定了飼料的稱樣量為0.1 g 左右，用超純水定容20 ml，用于測定鉻、砷、硒、鎘、鉛、錳、銅和鋅的含量；再將溶液稀釋20 倍，用于測定鈉、鎂和鐵等高濃度元素的含量。通過這樣的稀釋處理，就可以通過一次的飼料樣品前處理后，測得所需的多種元素含量，簡化試驗的步驟，在大批量處理樣品時，提高試驗的效率。

2.3 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

ICP-MS 點火穩(wěn)定一定時間后，用Li、Y、Ce、Tl、Co的ICP-MS調(diào)諧液調(diào)諧，優(yōu)化時以調(diào)諧元素的分辨率、靈敏度、質(zhì)量軸、氧化物和雙電荷產(chǎn)率為主要參考指標(biāo)，優(yōu)化后的儀器參數(shù)見表1。

2.4 ICP-MS干擾消除

在ICP-MS法分析中存在的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾。

2.4.1 質(zhì)譜型干擾

質(zhì)譜型干擾主要是同量異位素、多原子、雙電荷離子等質(zhì)譜干擾，針對同量異位素峰重疊引起的干擾，應(yīng)盡量選擇豐度大的同位素[20]，試驗選擇儀器軟件推薦使用的同位素；同時針對多原子離子的干擾，通過扣除試劑空白進(jìn)行校正。

2.4.2 非質(zhì)譜干擾

非質(zhì)譜干擾主要源于飼料樣品的基體，稀釋樣品、內(nèi)標(biāo)校正是消除基體效應(yīng)最有效的方法[21]。試驗通過ICP-MS 在線加入高、中、低、質(zhì)量數(shù)Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi內(nèi)標(biāo)溶液來監(jiān)測信號變化情況，并用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，有效地消除了儀器的漂移，保證了檢測的準(zhǔn)確性。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍與檢出限

本試驗方法是采用美國Agilent 公司含10 μg/ml多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液（27元素），為了獲得簡便的試驗步驟，對飼料樣品進(jìn)行預(yù)測定，發(fā)現(xiàn)鉻、砷、硒、鎘和鉛的含量較低（＜10 ng/ml）；錳、銅和鋅的含量和稀釋20倍后的鈉、鎂和鐵均小于1 000 ng/ml。因此，在100 ng/ml范圍內(nèi)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度1、5、10、25、50、100 ng/ml等6個點，滿足低濃度元素需要，而高濃度為500、1 000 ng/ml增大標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍。通過實際測得的各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性均較好（表3），滿足同一系列標(biāo)準(zhǔn)曲線的各元素測定需要。另外，各元素檢出限在0.557 7～5.072 ng/ml 之間，說明儀器具有較高的靈敏度。

表3 11種元素的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)

2.6 方法的準(zhǔn)確性

2.6.1 加標(biāo)回收

通過對11 種元素進(jìn)行加標(biāo)回收試驗，回收率結(jié)果見表4。11 種元素的回收率范圍在88.1%～104.4%之間，回收率良好，能滿足測定要求。

2.6.2 分析方法比對

分別應(yīng)用本試驗建立方法和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原子吸收（火焰法：Na、Mg、Fe、Cu、Zn；石墨爐法：Cr、Cd 和Pb）和原子熒光（As和Se）對飼料樣品中的11種元素進(jìn)行測定，結(jié)果見表5。從表5的數(shù)據(jù)可知，本方法與原子吸收和原子熒光對飼料樣品中的11種元素測定結(jié)果相對偏差（RSD）均小于5%，且快捷方便，能滿足測定要求。

表4 加標(biāo)回收率

表5 分析方法比對

2.7 方法的精密度

根據(jù)本試驗方法要求，對市售某飼料樣品進(jìn)行測定，結(jié)果如表6。

將飼料樣品溶液連續(xù)進(jìn)樣6次，通過ICP-MS分析，結(jié)果見表6。結(jié)果顯示各元素的相對偏差（RSD）均小于5%，表明方法可滿足飼料中11種元素含量的分析要求。

表6 樣品的測定結(jié)果

3 結(jié)論

本試驗用微波消解-電感耦合等離子-質(zhì)譜法對飼料中鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛等11種元素進(jìn)行測定。通過優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍和樣品溶液的稀釋比例，其測定結(jié)果與原子吸收和原子熒光對飼料樣品中的11種元素測定結(jié)果相近。本試驗方法具有步驟簡化、分析速度快、檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高、精密度好和多種元素同時測定等優(yōu)點，能夠更好地滿足飼料樣品的測試需要。